BİR STİRLİNG MOTORUNA GÜNEŞ ENERJİSİ UYGULANMASI Fatih AKSOY DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ PDF Ücretsiz indirin

ĠĢlem çalıģma maddesinin sabit sıcaklıkta ısı vermesi kabul edilmektedir. Biyel muylusu A noktasına vardığında çevrim tamamlanmıģ olmaktadır [83, 94, 105, 106]. 41 yılında Schlaich-Bergermann tarafından Suudi Arabistan ın Riyad kentine 2 adet 50 kw lık bir parabolik ayna/stirling sistemi kurulmuģtur. Ticari amaçla üretilen bu sistemde; 11 m çapında 88 adet aynadan oluģan bir parabolik ayna, bir alıcı ve United Stirling 4-95 Mark II kinematik Stirling motoru kullanılmıģtır [63]. Schlaich-Bergermann und Partner (SBP) tarafından 10 kw bir parabolik ayna/stirling sistemi geliģtirilmiģtir. Bu sistemde 8,5 m çapında bir parabolik ayna, bir alıcı ve V-161 kinematik Stirling motoru kullanılmıģtır. V-161 Stirling motoru 1500 dev/dak ve 3000 dev/dak motor devirlerinde sırası ile 10 ve 15 kw güç üretmiģtir. Cummins Power Ģirketi (CPG) parabolik ayna, ısı borulu alıcı ve serbest pistonlu bir Stirling motorundan oluģan 7 kw lık bir parabolik ayna/stirling sistemi geliģtirilmiģtir. Bu sistemde kullanılan serbest pistonlu Stirling motoru 5,2 kw güce ve %22 verime sahiptir [63].

Parabolik kollektörün ağırlığını azaltmak için alüminyum malzemeden yapılan bir uydu anteni kullanılmıģtır. Yansıtıcı yüzeyler arkası gümüģ-alüminyum kaplanmıģ polimer filmden yapılmıģtır. Geleneksel kaviti bu sistem için yetersiz görülmüģ, yarı kaviti ve modifiye edilmiģ kavitiyi termal olarak optimize etmiģlerdir. Sistemin performans analizi sonucunda sistemin güneģ enerjisinden buhar üretim verimi 450 C sıcaklıkta %70-80 arasında elde edilmiģtir [75]. Singh ve arkadaģları, Stirling güneģ enerji sisteminin optimum çalıģma sıcaklığını belirlemek için bir analiz gerçekleģtirmiģlerdir.

Buna ilaveten, ısı transfer alanının ve soğuk-sıcak kaynak arasındaki sıcaklık farkının artması aynı sonucu ortaya çıkarmaktadır. 95 Rhombic hareket mekanizmalı Stirling motorunun kinematik iliģkileri Manivela hareket mekanizmalı beta tipi bir Stirling motoru ile karģılaģtırma yapmak amacı ile Rhombic hareket mekanizması kullanılmıģtır. Ġekil 4.4 de Rhombic hareket mekanizmalı Stirling motorunun kinematik iliģkileri görülmektedir. Rhombic biyel muylusu ile krank ekseni arasındaki mesafe, (4.14) olarak ifade edilir. BeĢ bölgeli model üzerinden Stirling motorunun izotermal analizi [111] Martini tarafından yapılan Ġzotermal analizde aģağıdaki kabuller yapılmıģtır. SıkıĢtırma ve geniģleme bölgesinde hacim değiģimi esnasında çalıģma maddesinin sıcaklığı üniformdur. AkıĢkanın rejeneratörden geçiģi esnasında oluģan viskoz kayıplar göz ardı edilir ve rejeneratörün sıcaklığı zamanla değiģmez. SıkıĢtırma bölgesinde T c ve geniģleme bölgesinde T h sıcaklıkları mevcut olup rejeneratördeki sıcaklık değiģimi lineer kabul edilir. AkıĢ sürtünmesizdir, geçiģ sırasında akıģkanın serbest ivmelenmesine yol açan basınç değiģimi yoktur. SıkıĢtırma ve geniģleme hacimleri krank açısının fonksiyonu olarak açıklanabilir. Bu yüzden nükleer enerji aynı zamanda bir bağımlılık olarak kabul edilebilir [2] li yıllarda yaģanan petrol krizi, geliģmiģ ülkeleri yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmiģtir. Yenilenebilir enerji teknolojisi sürekli ve temiz enerjiye ulaģmayı sağlamaktadır.

• Cummins Power Ģirketi (CPG) parabolik ayna, ısı borulu alıcı ve serbest pistonlu bir Stirling motorundan oluģan 7 kw lık bir parabolik ayna/stirling sistemi geliģtirilmiģtir.
• Sistemin yapımına 1977 yılında baģlanmıģ ve 1982 yılında tamamlanmıģtır yılında yapılan deneylerde, termal sistem ve kollektör alanı arasında uyumsuzluk belirlenmiģtir [12].
• Matematik modelden elde edilen veriler Manzanares deki prototipten alınan verilerle uyum içersindedir.

Isı eģanjöründen çıkan çalıģma maddesi düģük sıcaklık depolama tankında depo edilir. Böylece çalıģma maddesi yeniden ısıtmak için alıcıya gönderilir. Bu sayede güneģ ıģığının olmadığı zamanlarda da sürekli güç üretimi sağlanabilmektedir [50]. Francia (1967) Ġtalya da Genova üniversitesinde bir merkezi alıcı sistemin pilot modelini geliģtirmiģtir. Bu sistemde, kulenin üzerindeki yaklaģık 650 C sıcaklıkta buhar üreten bir alıcıya, güneģ radyasyonunu yansıtmak için 271 heliostat kullanılmıģtır [12]. Georgia Teknoloji Enstitüsü nde, 400 kw kapasiteli bir sistem test edilmiģtir. Bu sistem toplam 532 m 2 toplam alana sahip ve her biri 111 cm çapında 550 heliostattan oluģmaktadır. Kule 21,3 m uzunluğunda ve heliostatların merkezine yerleģtirilmiģtir. Deneysel ve analiz sonuçları incelendiğinde sistemin net enerji dönüģüm verimleri sırası ile %22,5 ve %19,1 olarak elde edilmiģtir [73]. Alaphilippe ve arkadaģları, açık sistem Ericsson motoru ve bir parabolik kollektör çiftinden oluģan bir sistemi modellemiģlerdir. Sistem, 6,5 m 2 güneģ kollektör alanı, 0,6 kollektör optik verimi ve 1000 W/m 2 güneģ radyasyonu için 733 W maksimum çıkıģ gücü üretmiģtir [74]. Kaushika ve Reddy, parabolik kollektördeki malzeme ve tasarımdaki son geliģmeleri göz önünde bulundurarak düģük maliyetli bir güneģ buhar üretim sisteminin tasarımı, geliģimi ve performans karakteristiklerini incelemiģlerdir.

Alıcı 90,8 m çelik kule üzerine yerleģtirilmiģ ve ısı transfer akıģkanı olarak su buharı kullanılmıģtır. Enerji 19,8 m çapında ve 13,7 m yüksekliğinde içerisinde ısı transfer yağı bulunan bir tankta depolanmaktadır. Depo edilen sıcak yağdan klasik bir buhar türbini kullanılarak 274 C sıcaklık ve 2,7 MPa basınçta buhar üretilmektedir [12] yılında Ġspanya da CESA-1 isimli güneģ enerji kule sistemi çalıģmaya baģlamıģtır. Sistem, her biri 38 m 2 kollektör yüzey alanına sahip 300 heliostat ve 60 m yüksekliğinde beton bir kule üzerine yerleģtirilen kaviti alıcıdan oluģmaktadır. Her biri 40 m 2 kollektör yüzey alanına sahip 3000 heliostat güneģ ıģınlarını 200 m yüksekliğinde bir kulenin üzerine yerleģtirilen iki alıcıya yansıtmaktadır. 800 C ye ısıtılan hava ısı transfer akıģkanı olarak kullanılmıģtır. Sistemde bir buhar türbini ve iki açık çevrim ile çalıģan gaz türbini yer almaktadır [12]. Kribus, manyeto hidrodinamik çevrim, Brayton gaz türbini çevrimi ve Rankin buhar çevriminden oluģan üç kademeli çevrimin performansını birleģik çevrim ile karģılaģtırmıģtır. Üç kademeli çevrimin maksimum dönüģüm veriminin birleģik çevrimin veriminden daha yüksek olduğunu belirlemiģtir [51]. 28 8 Kim ve arkadaģları (2009) Kiemyung ÜniverPinUp PinUpbet güncel adres!5@PinUpbethttps://PinUpcasino-tr.com/;PinUpbet ne kurulan Osan ve Dongho isimli iki fotovoltaik sistemin performans karakteristiklerini incelemiģlerdir.

400 ºC sıcaklık, 90º eğim ve 8 alan oranında, konveksiyon ve radyasyon kayıpları toplam ısı kayıplarının sırası ile %40,72 ve %59,28 i olarak elde edilmiģtir [137]. Kanalın giriģindeki sıcaklık dağılımı düzgün iken çıkıģta dalgalı fonksiyona dönüģmektedir. Isı taģınım katsayısının veya ısı transferi yüzeyinin büyük olduğu hallerde bu dalgalanmanın az olduğu, küçük olduğu hallerde ise dalga genliğinin arttığı görülmüģtür. Bu olay çalıģma maddesinin değiģimini hesaplamada kullanılan birinci kanunun matematiksel olarak karakteristiğinin değiģken olmasından kaynaklanmaktadır. AkıĢkan ilerlerken duvar sıcaklığı ile akıģkan arasındaki sıcaklık farkı artmakta belirli bir farktan sonra sıcaklık değiģimini hesaplamada kullanılan eģitlik dalga denklemine dönüģmektedir. Ġekil Isıtma ve soğutma kanalında sıcaklık değiģimi ġekil 4.12 de 200, 300 ve 400 W/m 2 K lik ısı taģınım katsayıları için çalıģma maddesi kütlesine bağlı olarak çevrimlik iģin değiģimi görülmektedir. ÇalıĢma maddesi kütlesinin artması ile çevrimlik iģ belirli bir değere kadar artmakta ve daha sonra azalmaktadır. ÇalıĢma maddesi kütlesinin aģırı artması, çalıģma maddesinin ısıtılması ve soğutulması için transfer edilen ısının istenilen sıcaklık değiģimini oluģturamamasına neden olmaktadır. Ġekilde görüldüğü gibi, ısı taģınım katsayısının artması ile maksimum iģi veren kütlede artmaktadır.

ĠĢlemin neticesinde güç pistonunun tepesi ile yer değiģtirme pistonunun eteği arasında birbirine temas etmeyecek kadar küçük bir boģluk kalacaktır. Yer değiģtirme pistonu muylusu D noktasına geldiğinde yer değiģtirme pistonunun eteği ve güç pistonunun tepesi 4 noktasında olacaktır. Güç pistonu ve yer değiģtirme pistonunun bu pozisyonunda çalıģma maddesinin hemenhemen tamamı sıcak hacimde sıkıģtırılmıģ, yüksek basınç ve sıcaklıkta iģ yapmaya hazır bulunmaktadır [84, 104]. Yer değiģtirme pistonu muylusu D noktasından A noktasına giderken yer değiģtirme pistonu AÖN civarında sabit kalacak, güç pistonu kendi kursunun yarısından fazla AÖN’ya doğru hareket ederek iģ zamanının gerçekleģtirecektir. Parabolik ayna/ısı-motoru sistemi [60] 1978 yılında kırsal alanlarda uygulanmak üzere 1 ve 1,9 kw gücünde güneģ enerjili motorlar geliģtirilmiģtir [61]. 1 ve 1,9 kw gücündeki motorlardan sırası ile %5,5 ve %5,7 termal verim elde edilmiģtir [61] yılında Fujita ve arkadaģları, üç farklı ayna/ısı-motoru güneģ enerji sisteminin performanslarını karģılaģtırmıģtır. Sistemlerde bir Stirling motoru, bir Brayton çevrimi ile çalıģan gaz türbini ve bir Brayton/Rankin birleģik çevrimi ile çalıģan gaz türbini test edilmiģtir. Stirling motorunun verimi 950 ºC nin altındaki sıcaklıklarda diğer motorlara göre daha yüksek değerdedir.

Stirling motorları, gürültü seviyelerinin düģüklüğü nedeni ile lokomotif, askeri araçlar ve traktör gibi uygulamalarda kullanılabilmektedir [83,84]. 77 57 ġekil Sürtünme kayıplarının motor çıkıģ gücü ve termik verime etkileri [83, 88] Enerji dağılımı ġekil 3.25 de bir Stirling motoruna ait Sankey enerji dağılım diyagramı verilmiģtir. Stirling motorlarında yanma motor dıģında gerçekleģtiği için bir ön ısıtıcı kullanımı ile egzoz gazlarındaki enerji yeniden kullanılabilmektedir. Ön ısıtıcı kullanımı ile sisteme %43 lük bir enerji girdisi olmaktadır. Toplam enerjinin %3 ü ön ısıtıcıdan, %14 ü egzoz gazlarından, %5 i mekanik sürtünme yoluyla ile dıģarı atılmaktadır. Rejeneratörde çıkıģ gücünün 12 katı enerji depo edilmektedir [83]. 6 vi TEġEKKÜR ÇalıĢmalarım boyunca, deneyim ve bilgisiyle beni yönlendiren değerli danıģmanım Prof. Dr. Halit KARABULUT a çok teģekkür ederim.